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Tulsion离子交换树脂氯碱行应用业

Tulsion®离子交换树脂于氯碱工业的应用 

                                                                                                                                                  ISO-9001/ISO-14001/OHSAS-18000  

 

 Tulsion® CH-90 Tulsion® CH-93螯合树脂于氯碱 (烧碱工业的应用 

 

使用Tulsion®树脂的除盐系统


I. 前言 

    氯碱(烧碱)工业普遍都是用薄膜技术来过滤电解盐水(卤水)。由于工业盐的原物料来源及纯度的不同,而使其系统有所不同,但最终都必须将入口的盐水中的Ca2+,Mg2+的浓度降到3-5 ppm之后,再经由特殊的螯合离子交换树脂,使其浓度降到<2 ppb;否则会对其薄膜产生损害。 

而主要的工业盐原料大略可分为岩盐及真空盐;岩盐含有较高的浓度,所以通常都必须有一个初级的沉淀过滤处理系统,先将浓度降到约5 ppm左右,再经由第二阶段的螯合离子交换树脂的处理系统,以降低盐份浓度至20ppb以下。真空盐因盐的浓度较低,故不需要有初级的沉淀过滤处理系统,而直接就可以通过螯合离子交换树脂的处理系统,以降低盐份浓度至20ppb以下。因此,薄膜制造业者出以下的进口盐水浓度 ,以保护其薄膜

影响膜性能的杂质参数:

Ca2+,Mg2+

有害 20ppb

Sr2+

有害Sr100ppb

Ba2+

有害Ba500ppb

Al3+

有害Al100ppb,

Fe3+

无害<1ppm

Ni2+

有害 10ppb

Hg2+

无害 20 ppb

SO42-

有害>10 g/L

SiO2

有害>10 ppm

I-

有害>1ppm,

Fe3+

无害<1ppm

Ni2+

有害 10ppb

 

   II. 氯碱工业的流程简介

  运用螯合树脂的第二阶段过虑流程  

 

不管是采用有较高硬度的岩盐而必须有一个初级的沉淀过滤处理系统先将浓度降到约5 ppm左右,或是采用较低硬度的真空盐通常都必须再经由第二阶段的螯合离子交换树脂的处理系统,以降低盐份浓度至20ppb以下.其简单的流程如下 

  

III  产品介绍 

 

  Tulsion®CH-90      :  亚氨基二乙酸 官能团  

 

Tulsion®CH-90 是一款非常耐久具有孔状及亚氨基二乙酸官能基 (构图如下的弱酸型阳离子螯合树脂。是一款非常适合应用于烧碱工业的薄膜盐水系统以选择性的去除盐矿中的2价金属离子如 Ca2+, Mg2+, Sr2+Ba2+的超级净化。它能提供高多孔性及较的表面积,能有较高的操作交换容量。也由于它具有螯合的亚氨基二乙酸的官能基 也使得 CH-90 能有选择性的去除一些重金属离子。CH-90对于2价金属离子及碱性的矿物中金属离子的选择性按电子亲合力依序分别如下

  Cu > Pb > Ni > Zn > Co > Cd > Fe2+> Mn > Ca > Mg > Sr > Ba > Na 

 

    金属的去除与原水中的 pH 环境息息相关。

亚氨基二乙酸官能基结构图 


Tulsion®CH-90 于pH > 9时(最好的pH范围是9 - 11)的环境中,才能与矿物盐中的金属离子形成金属错化物。由于其提供优秀的渗透稳定性能,使其在高温操作下(60 - 80)具有很高的稳定性。在操作量约20-40BV/Hr的流量范围内,它的操作交换容量约为13 gm/Liter,而能处理总硬度到<20 ppb . 

Tulsion®CH-90的基本性质详列如下 :

基本性质/ TYPICAL CHARACTERISTICS

型式/ Type 

弱酸型阳离子交换树脂/Weak acid cation exchange resin

结构/ Matrix structure 

大孔型交叉键结聚苯乙烯/Macroporous crosslinked polystyrene

官能基/ Functional group

亚氨基二乙酸/Iminodiacetic

物理型式/ Physical form

含水球状/ Moist spherical beads

离子型式/ Ionic as shipped 

/ Sodium

粒径/ Screen size USS(wet) 

: 16 - 50

粒径大小/ Particle size

: 0.3 - 1.2 mm

总交换容量/Total Exc. Capacity

: 2.1 meq/ml (H+)

膨胀系数/ Swelling (approx.)

: H+ → Na+ 20%

含水份/ Moisture

 : 45-50%

pH 作范围/ Suitable pH range

: 0 to 14

溶解率/Solubility

不溶解于任何溶剂/ Insoluble in common solvents

逆洗沉降密度

: 0.72 to 0.79 g/ml

 
我们以下面的实际案例进水水质及出口标准,Tulsion®CH-90做一个测试

进口原盐水浓度 

                     盐水浓度 ,    NaCl 300 g/L 

                     总硬度      总硬度5 .0 ppm 

                     pH           10 

                     温度        60

经过Tulsion®CH-90的盐水浓度之后的总硬度< 20 ppb , 所测试出来的的实际操作交换容量为: 12 - 15 g/L , 直到总硬度超过了20 ppb . 

其总处理量及相对应于总硬度的图如下 :


 

由以上的实验数据,我们建议Tulsion®CH-90的操作条件及再生步骤等条件如下二个图表所示 :

建议操作条件 / OPERATING CONDITIONS

最大操作温度

: 80

流速/ Service flow

: 10 – 40 BV/hr

逆洗膨胀空间

: 50 to 70%

逆洗流速

: 8-10 BV/hr

最小树脂床高度

1000mm

PH

8 - 10

操作

溶液

流速

每升树脂量

时间/分钟

温度

工作

盐水

最大40BV/h

--

--

60 -80℃

清洗盐水

软水

4 BV/h

4-6 BV/h

60-90

同上

反冲洗

软水

8-10BV/h

--

30

同上

再生/顺洗

HCl 7.3%

4 BV/h

2 -2.5 BV/h

30 -45

同上

冲洗/顺洗

软水

4 BV/h

4 BV/h

60

同上

转型/逆洗

NaOH 4%

4 BV/h

2 -2.2BV/h

30-35

同上

冲洗/逆洗

软水

4 BV/h

2BV,勿超越

30

同上

 

再生水平 HCl 140 g/L ,     NaOH 90 - 100 g/L

* 附注:BV=Bed Volume=总树脂量,m³,再生标准HCl:140g/L,NaOH 90-100g/L

 

   Tulsion®CH-93      :  氨基 官能团  

 

Tulsion®CH-93 是一款非常耐久具有孔状及氨基磷酸官能基 (构图如下的弱酸型阳离子螯合树脂。是一款非常适合应用于碱工业的薄膜盐水系统以选择性的去除盐矿中的2价金属离子如 Ca2+, Mg2+, Sr2+Ba2+的超级净化。它能提供高多孔性及较的表面积,能有较高的操作交换容量。也由于它具有螯合的氨基磷酸的官能基 也使得 CH-93 能有选择性的去除一些重金属离子。CH-93对于2价金属离子及碱性的矿物中金属离子的选择性按电子亲合力依序分别如下

  Cu > Pb > Ni > Zn > Co > Cd > Fe2+> Mn > Ca > Mg > Sr > Ba > Na 

 

氨基磷酸能基结构图 

 

Tulsion®CH-93于pH > 9时(最好的pH范围是9 - 11)的环境中,才能与矿物盐中的金属离子形成属错化物。由于其提供优秀的渗透稳定性能,使其在高温操作下(60 - 80) 具有很高的稳定性。在操作量约20 - 40 BV/Hr 的流量范围内,它的操作交换容量约为13 gm/Liter, 而能处理总硬度到< 20 ppb . 

Tulsion®CH-93的基本性质详列如下 :

基本性质/ TYPICAL CHARACTERISTICS

型式/ Type 

弱酸型阳离子交换树脂/Weak acid cation exchange resin

结构/ Matrix structure 

大孔型聚苯乙烯/Macroporous crosslinked polystyrene

官能基/ Functional group

氨基磷酸/Amino methyl phosponic 

物理型式/ Physical form

含水球状/ Moist spherical beads

离子型式/ Ionic as shipped 

/ Sodium

粒径/ Screen size USS(wet) 

: 16 - 50

粒径大小/ Particle size

: 0.3 - 1.2 mm

总交换容量/T Exc. Capacity

: 2.1 meq/ml (H+)

膨胀系数/ Swelling (approx.)

: H+ → Na+ 35%

含水份/ Moisture

 : 55±3%

pH 作范围/ Suitable pH range

: 0 to 14

溶解率/Solubility

不溶解于任何溶剂/ Insoluble in common solvents

逆洗沉降密度

: 0.72 to 0.76 g/ml

  

 Tulsion®CH-93能选择性的与非常少量的矿物质中的金属离子形成键结 甚至于能交换非常微量到 ppb 范围的金属离子。 Tulsion®CH-93也能在酸性环境中(pH 3 - 5) , 与矿物质中的金属,藉由其螯合键形成稳定的过渡错化物。假如在处理盐水的出水标准只以总硬度< 20 ppb来当做标 准而不考虑Sr2+的出水标准那 Tulsion®CH-93会比 Tulsion®CH-90具有较大的操作交换容量约高出25 - 35 %。

们建议Tulsion®CH-93的操作条件及再生步骤等条件如下二个图表所示 :

建议操作条件 / OPERATING CONDITIONS

最大操作温度

: 60-80

最小树脂床高度

1000mm

PH

8 - 11,最佳为10

Ca2+/Mg2+泄露量

小于20ppb

操作交换容量

12-15gCa2+/L树脂(进水浓度:1-10ppmCa2+

在下面的条件下:

盐水浓度: 290- 320g/L

- pH      :   10

温度    :  70

工作流速  :  最大40BV/h

操作及再生条件

再生水平 HCl: 140 g/L      NaOH   90 - 100 g/L

操作

溶液

流速

每升树脂量

时间/分钟

温度

工作

盐水

最大40BV/hr

--

--

60 -80℃

清洗盐水

软水

4 BV/h

4-6 BV/h

60-90

同上

反冲洗

软水

8-10BV/h

--

30

同上

再生/顺洗

HCl 7.3%

4 BV/h

2 -2.5 BV/h

30 -45

同上

冲洗/顺洗

软水

4 BV/h

4 BV/h

60

同上

转型/逆洗

NaOH 4%

4 BV/h

2 -2.2BV/h

30-35

同上

冲洗/逆洗

软水

4 BV/h

2BV,请勿超越

30

同上

们建议Tulsion®CH-93再生条件如下:

 

我们Tulsion®CH-93的实际测试,如下:

我们以下面的实际进水水质及出口标准,对Tulsion®CH-93做一个测试, 

进口原盐水浓度 

                     盐水浓度 ,    NaCl 290- 310 g/L 

                     总硬度      总硬度4 - 5 .0 ppm 

                     pH           10- 10.5 

                     流量        20 BV/h

经过Tulsion®CH-93的盐水浓度之后的总硬度< 20 ppb , 所测试出来的的实际操作交换容量为: 12 - 15 g/L , 直到总硬度超过了20 ppb . 

 

其总处理量及相对应于总硬度的图如下 

 

我们将会影响Tulsion®CH-93的交换容量pH及温度的表格详列如下,以校正每个不同的操作条件下的操作交换容量的选择,以计算出实际的所需树脂量。 

Tulsion®CH-93的逆洗流速与树脂的膨涨与温度之间的关系如下 

反洗流速和温度对床层膨胀的关系

流速 m/h

6

10

14

18

温度℃

10

20

30

40

10

20

30

40

10

20

30

40

10

20

30

40

床层膨胀%

43

25

19

16

55

40

32

38

77

55

45

40

100

70

58

52

 

 Tulsion®CH-93操作交换容量受PH影响的关系如下 

PH值对操作交换容量的性能的影响参数

PH

8

9

10

11

操作交换容量g Ca/L

7.5

10

12

13.5

 

Tulsion®CH-93操作交换容量受温度影响的关系,及其操作交换容量的校正系数如下 

温度对操作交换容量的影响以及其校正系数

温度,℃

45

55

65

75

修正系数,%

0.8

0.94

1.04

1.11

 

 

IV两种螯合树脂在除盐系统的基本工作流程

 

a) 两用一备(merry go round)旋转系统 

   

其中一个树脂罐再生时 另二个树脂罐继续采水 再生罐当成是备用

  b) 串联(lead lag)系统 

 


其中一个树脂罐再生时 另一个树脂罐继续采水 

 

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